6 船型影响

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3
V s = 常数(低速) Δ= 常数
V s = 常数(低速) Δ= 常数
Rt
Rr
Rf
Rf
Rr
Rt
Rt Rt Rf Rr L
3 Δ/(0.01L )
Rt min Rf
Rr Lopt
Δ/(0.01L )
3
L
(a)
(b)
图6-4 排水量长度系数对阻力影响的示意图 (a)低速船情况(当Δ=常数); (b)高速船情况(当Δ=常数)。
3
(2) 对剩余阻力的影响
因为在排水量Δ一定时,增加船长,必 定要求B、d 同时减小,其L/B增大,所以船 型变得较瘦长,这样对剩余阻力产生的影响 反映在两个方面:一方面,船型瘦长,将使 粘压阻力下降;另一方面,船宽 B,吃水 d 减小,将使兴波阻力下降。 显然,在Δ一定时,增加 L 将使剩余阻 力下降。
(3) 对总阻力的影响
由于在一定Δ时,增长L 的结果使摩擦
阻力Rf 和剩余阻力Rr 产生完全相反的影响,
因而对总阻力的影响作用将取决于Rf与Rr两
者增减的数值而定。但由前知,对于不同航
速的船舶说来,Rf 和Rr占总阻力的比重是不
同的,因而船长对总阻力的影响也将是不同 的。
① 对低速船: Rf占总阻力的主要成分,可达总阻力的 70%以上。而Rr所占比例较小,因此当排水 Δ 量一定时,增长L时(即减小 0.01L ),剩余阻 力的减小值不大,因此总阻力几乎无甚下降。 如果L过大时,总阻力反而增大。 ② 对高速船: 由于Rr占总阻力的比例很大,因此随着 Δ 船长增大,即 0.01L 减小,总阻力的变化情 况与低速船有所不同,
3
3
当航速Vs一定时: 如果船长较短时,Rr 很大,因此增大船 长,Rr下降相当明显,Rr的减小值大于Rf 的 增加值,因而总阻力的减小相当显著。 Δ 随着船长继续增加,或 0.01L 继续减小, Rr的下降渐趋缓慢,总阻力的减小趋势减缓, 直至出现对应于总阻力最低点的最佳船长Lopt; 如果进一步再增加船长,总阻力反趋增大。 因为当船长增加到一定程度后,Rr 并没有更 多的减小,而Rf 却随之不断增加,致使总阻 力反而变大。
2.船舶分类及其主要阻力成分

低速船航速较低,兴波阻力很小,其总阻力中
摩擦阻力与粘压阻力占主要成分, 中速船的航速较低速船有所增大,兴波阻力成 分随之增大,故在设计过程中既要注意减小兴波阻 力,又要防止其他阻力成分的增长。


高速船的兴波阻力是总阻力中的主要成分,有
时可达50%以上。为此,设计中应力求减少兴波阻
2. B/d 对剩余阻力的影响
4.0 1.02×S min 3.6 3.2
B /d
S min
2.8 2.4 2.0 0.40 0.50 0.60 Cb
图6-7 对应最小湿面积的B/d值
1.02×S min 0.70 0.80
0.20 200
0.25
0.30
0.35
0.40
Fr
B/d = 2.25 B/d = 3.75 150
的Cp值。
2.最佳棱形系数曲线
Cp 0.80 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 Fr
0.70
理论最佳 实践最佳
0.60
0.50 0.50 1.00 V/ L 1.50 2.00
图6-12 最佳棱形系数曲线
3.经验公式确定棱形系数
0.
力的影响可不予考虑。
30
0.3
27

棱形系数对剩余阻力的影响,随航速而 发生变化的原因如下: 低速时,由于兴波阻力极小,因而棱形 系数对阻力的影响甚微; 中速时,船的兴波作用主要在船首尾两 端,棱形系数Cp小者,首尾尖瘦,对减小兴 波有利。 在高速时,整个船体均产生较大的兴波 作用,若排水体积沿船长分布比较均匀,则 有利于缓和兴波作用。因此取适当大的Cp值 时,其剩余阻力反而较小。
3

若船长L一定时:要求Cm、Cp和B/d均保 Δ 持不变,则 0.01L 的变化是由同时改变B 和d 以致由Δ变化而得到的。
3
1.由船长变化,讨论
Δ 0.01L 3
的影响
(1) 对摩擦阻力影响 由于湿面积可按S = Cs L 估算,在参数 Cm,Cp 和B/d 不变情况下,Cs 近似为常数,因 1/ 2 此可认为在排水量一定时,S与L 成正比关 系。 由此可知,船长增大时,湿面积将随之增 加,而一般说来船长增大时,以致Re增大所 引起的摩擦阻力系数减小是极微的。因此增 Δ 大船长(或减小 )将使摩擦阻力增加。 0.01L

C p (小 ) R′ 2 C p(大 )
P′ 2
棱形系数对剩余阻 力的影响,随航速而 发生变化的原因是与 不同航速时的兴波情 况有关。
P2 R2 P1
P′ 1 R′ 1 R1


低速时,Cp对阻力 的影响甚微;
中速时,选择较小 的Cp值有利。 高速时,取适当大
高速波峰区
中速波峰区
图6-11 Cp值与船首形状、水压力的关系

派生系列船模改变船型的方式有两种:
一种为仿射变化;
另一种是改变线型特征的方式。
§ 6-2
船型参数 所引起:
船体主尺度的影响
Δ 0.01L 3
的变化可以由两种情况

若在排水量Δ一定时:要求船中横剖面 Δ 系数Cm,Cp和B/d 都保持不变,则 0.01L 的 变化是由同时改变宽度和吃水并相应改变船 长L而得到的;

对于低速船,可以认为
Δ 0.01L 3
对 Rr /Δ的
影响是不大的。
▽/(0.1L)
3
▽/(0.1L)
3
2 9
4
6
8
1
2
3
4
5
C p = 0.86
0.75 7 0.70
R r/Δ (N/t)
300
C p = 0.80
0.75 250 0.55
R r/Δ (N/t)
0.65 5 0.60
曲线。
二、宽度吃水比的影响
1.B/d 对摩擦阻力的影响

讨论B/d 对摩擦阻力的影响,亦即讨论B/d变化对 湿面积的影响,试验资料认为在B/d = 2.25~3.75的 实用范围内变化时,对摩擦阻力的影响很小。
B/d 对剩余阻力的影响要看B和d分别影响的大小 而定:一般认为船宽B 增大时,船体的散波波高增 大;吃水d 增大时横波的波高增大。而改变B/d是由 B、d 两者相反变化而得。因此两者对兴波的影响, 反映在剩余阻力有相反影响作用。
Rr /Δ (N/t)
C p = 0.80 0.70 0.60
100 0.50
50
▽/(0.1L )=5.25
3
0 0.6 0.8 1.0 V/ L 1.2 1.4
图6-8 B/d对Rr/Δ的影响
3. B/d 对总阻力影响 由上述知,B/d 对总阻力将有所影响,但 是这种影响作用往往是不大的。一般根据试

若上述诸方面的各项参数、特征一定 时,船的形状可以说基本上确定,故总 阻力表达式可改写成:

Ct = f( 3 L

B d

Cp 、Cm 、 船体形状、Fr)
三、船型对阻力影响问题的研究方法 由于目前还不可能用理论计算方法来确定
船型诸参数对船体阻力的影响,所以现在解
决这个问题的主要手段是船模系列试验方法。
验统计资料认为可近似估计这种影响,对于
低中速船,在常用的 B/d 范围内,当 B/d 值
增加0.1时,将使总阻力增加0.50%~0.75%,
而高速船相应增加要大些。
§ 6-3 主要船型系数的影响
一、棱形系数的影响
Cp=/ L Am
C p 0.80 C p 0.50
Δ/(0.01L ) = 常数
3
(5) 确定船长的经验公式
① 巴士久宁公式 2 Vs Ldisp = 0.305×C
Vs 2
1/ 3

巴士久宁公式适用于Δ=1600~42000t的各类民 用船。 ② 艾亚公式 艾亚对一般民用船的长度、排水量与速度关系以 下式表示,其平均数值: L = 3.344 + 10.225Fr Δ 适用于Lbp = 120~140m的商船。
(4) 船长的选择必须考虑的几个方面的要求 ① 布臵要求:满足船舶使用要求,使舱室布 臵符合要求; ② 阻力性能:尽量选择对应于船体阻力性能 良好的船长; ③ 操纵性: 船长与操纵性关系密切,船过 长,其回转性差,要考虑港口、航道内的操 纵性问题; ④ 经济性:如果在最低阻力所对应的最佳船 长附近范围的总阻力差别不大时,应选用阻 力并不过高的最短船长,以降低船体造价。
力。
二、确定影响阻力的船型参数 船型参数主要包括三个方面: (1) 主尺度比: 有长宽比 L/B,宽度吃水比 B/d 。 (2) 船型系数: 有方形系数 Cb,棱形系数 Cp,船中横剖面系
数 Cm 以及排水体积长度系数 /L3。
所述的六个船型参数,并非完全独立,存 在如下两关系:
第六章
船型对阻力的影响
§ 6-1
船型对阻力影响的基本概念
一、船型、航速与阻力性能之间的关系
1.优良船型的含义 船型对阻力性能的影响是与船速密切联 系的,在不同速度范围内,船型参数对阻力 的影响不仅程度上不同,甚至还有本质上的 差别,因此,所谓阻力性能优良的船型是对 某一定速度范围而言。
C p = Cb / C m

= L3
Cp Am L L3
Cp (Cm B d ) L2
=
= Cp· m / L B C
B d
2

因而上述六个参数中,可取四个作独立参 数。即:

/L 、 Cm 、Cp 或 Cb
3
(3) 船体形状: 表征船体形状的因素很多,可归纳为三个 主要方面: ① 横剖面面积曲线的形状:可由浮心纵向位 臵xc,平行中体长度Lp和位臵,以及曲线两端 的形状来表征。 ② 满载水线面的形状:可以由满载水线面的 面积,满载水线平行中段,满载水线首尾端 的形状以及满载水线首端半进角等因素表征。 ③ 首尾形状:包括首尾横剖面形状和纵剖面 形状。
Rt/Δ亦是下降的。
3.不同船舶的
(1) 低、中速船的
Δ 3 0.01L
Δ 0.01L 3
选取
宜取适当大一些;
Δ 0.01L 3
随着航速增大,则应降低 性能是有利的。 (2) 高速船的
Δ 0.01L 3
值,对阻力
较低速船要小得多,所
Δ 0.01Lຫໍສະໝຸດ Baidu 3
以高速船船型瘦长,低速船短而肥。 对应于不同航速应该存在 的最佳
0.70 200 0.60
C p = 0.55
3
C p = 0.65
150 B/d = 2.25 Fr = 0.208 B/d = 2.25 Fr = 0.298 100 50 100 150
Δ/(0.01L ) 3
1
200
250
50
100
Δ/(0.01L ) 3
150
图6-5 排水量长度系数对Rr /Δ影响 (a)Fr=0.208; (b)Fr=0.298
由此知增大排水量,即排水量长度系数 Δ 0.01L 增加时,单位排水量摩擦阻力 Rf / Δ 将减小。
3
(2) 对剩余阻力的影响

同样地,当船长不变时,增大排水量Δ是
由同时增大 B、d 实现的。因此不但兴波阻
力将增大,而且由于船型变肥,粘压阻力亦
随之增大。剩余阻力 Rr 必然增大。
1/ 3


诺吉德公式
该公式比较简单,给出的长度排水体积
系数与航速的关系式为:

L 1/ 3 = 2.3 υs 1/ 3
2.由排水量变化,讨论
Δ 3 0.01L
的影响
(1) 对摩擦阻力影响 因为在一定船长时,Rf /Δ 随 S /Δ 而变, 并且:
Rf S L 1 Δ Δ Δ Δ

对于高速船,由图6-5(b)知 增加。
Δ 0.01L 3
的影响
相当敏感,随着该系数增大,Rr/Δ将有明显 (3) 对总阻力的影响

低速船:当增大
Δ 0.01L 3
时,Rf/Δ将减小,
但Rr/Δ却几乎保持为常数。
高速船:由于 Rr /Δ在总阻力中占重要比重,
一般说来,当
Δ 值减小时,Rr/Δ将下降, 0.01L 3
图6-9
不同Cp值的横剖面面积曲线
1.棱形系数对阻力的影响
.39 =0 Fr
0 .3 57
(1) Cp 对Rf 的影响 一般认为Cp对摩擦阻
R r/Δ (N/t)
200
150
最佳C p
100
(2) Cp 对Rr 的影响

棱形系数对剩余阻力
的影响是很大的。
50
0.29 0.27
0 0.5 0.6 Cp 0.7 0.8
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